説明

X線集束装置

【課題】 遠くに離れた位置にあるX線源から検査対象物にマルチキャピラリX線レンズを介してX線を照射しようとした場合に、マルチキャピラリX線レンズのコストが非常に高くなりX線の減衰も問題となる。
【解決手段】 二本の点/平行型のマルチキャピラリX線レンズ2、3の平行端2b、3bを間に空間を挟んで対向させ、且つ光軸を一致させて配置する。第1X線レンズ2の点焦点F1をX線源の位置に合わせると、X線源から放出されるX線は大きな立体角で以て各キャピラリ内に取り込まれ平行化されて平行端2bから出射する。この出射X線は平行線束に近いため、その大部分が第2X線レンズ3の平行端3bに達して各キャピラリ内に取り込まれる。そして第2X線レンズ3の集束端3aから出射して点焦点F2に照射される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子線プローブ微小分析装置(EPMA)や走査電子顕微鏡(SEM)、透過電子顕微鏡、蛍光X線分析装置など、X線を利用して分析を行うX線分析装置、XRD、X線CT、レントゲン装置等においてX線を集束したり平行化したりするために利用されるX線集束装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電子線プローブ微小分析装置(EPMA)では、高エネルギーを有する微小径の電子線を励起線として試料に照射し、それによって試料の含有成分の内側電子が励起された際に外部に放出される固有X線(特性X線)を分析することにより、元素の同定や定量を行ったり、元素の分布を調べたりする。また、走査電子顕微鏡(SEM)では一般的には電子線の照射位置から発生した二次電子や反射電子を検出するが、最近は、エネルギー分散型X線検出部を併設することでX線分析を可能とした装置も開発されている。
【0003】
この種のX線分析装置においてX線を集光したり平行化したりするために、従来より、マルチキャピラリ(ポリキャピラリと呼ばれることもある)X線レンズと呼ばれる一種のX線集束装置が知られている(特許文献1、2など参照)。図6はマルチキャピラリX線レンズの形態例を示す図、図7はマルチキャピラリX線レンズにおけるX線の伝達の原理図である。
【0004】
マルチキャピラリX線レンズは例えば内径が2〜十数μm程度の微小径の硼珪酸ガラスから成る細管(キャピラリ)を多数(数百〜100万本程度)束ねた基本構造を有しており、図7に示すように、1本のキャピラリ22の内側に入射されたX線がそのガラス壁の内周面を臨界角以下の角度で以て全反射しながら進行してゆく原理を利用して、X線を効率良く案内するものである。図7(a)に示すようにキャピラリ22が直線状でも、図7(b)に示すようにキャピラリ22が湾曲状であっても、同じようにしてX線を案内することができる。
【0005】
マルチキャピラリX線レンズには種々の形態があり、例えば図6(a)に示すマルチキャピラリX線レンズ20は、殆ど点とみなし得るX線源から出たX線を入射側端面で大きな立体角で以て取り込み、反対側の出射側端面から出たX線を一点に集束させる点/点型のものである。また図6(b)に示すマルチキャピラリX線レンズ21は、同様に入射側端面の略一点から出たX線を大きな立体角で以て取り込んだ後、出射側端面から平行ビームを出射する或いはその逆の経路とする点/平行型のものである。これ以外に、両端面がともに平行ビームを入射及び出射する平行/平行型もある。
【0006】
上記のようなマルチキャピラリX線レンズはX線源と分析対象の試料との間に挿入され、X線源により発生した励起用のX線を試料に効率良く照射するのに使用される場合と、X線や電子線などの励起により試料から放出された固有X線、蛍光X線を効率良く収集してX線分光器や検出器などに導くのに使用される場合とがある。いずれの場合でもX線の伝達距離が比較的短い場合には実用上問題はないが、例えばX線源と試料との間が離れていてマルチキャピラリX線レンズにより長い距離をカバーしたいような場合には次のような問題がある。
【0007】
即ち、上記のような構造のマルチキャピラリX線レンズ20、21では、各キャピラリが平行に延伸する部分を長くしようとすると製造が難しくなり、製造工程上での歩留まりが悪化する。そのため、こうしたマルチキャピラリX線レンズはコストがかなり高いものとなる。また、理想的にはキャピラリ内部ではX線は全反射しながら進むため減衰は生じないが、実際には、進行途中で一部のX線がキャピラリの内壁に吸収されたり散乱したりして徐々に減衰するため、伝達距離が長いとX線強度がかなり低下して実用上問題が生じるレベルになることがある。
【0008】
【特許文献1】特公平7−11600号公報
【特許文献2】特公平7−40080号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
近年、様々な製品に対する品質保証が厳格に求められるようになってきており、そのため各種の工場では大量生産品の全数検査を行う必要が生じている。こうした目的のために、製造ライン上を流れる製品を自動的に非破壊検査するX線分析装置に対する要求が非常に高まっている。ところが、従来のX線分析装置では、検査対象物とX線源、検査対象物と検出器とが比較的近接して配置されているため、製造ラインにこうしたX線分析装置を組み込むことはスペース等の制約上難しかった。
【0010】
上述したようなマルチキャピラリX線レンズにおいて上記のような問題が解決できれば、検査対象物とX線源、検査対象物と検出器とをかなり離して配置することができ、配置の自由度が高まってX線分析装置を容易に製造ラインに組み込むことが可能となる。本発明はこうした点に鑑みて成されたものであり、その主な目的は、実用的なX線強度を確保しつつ、比較的安価なコストでX線を長い距離伝達することが可能なX線集束装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記課題を解決するために成された第1発明に係るX線集束装置は、
多数の束ねられた細管から成り、一方の端面は外方で一点又は点とみなし得る微小領域に焦点を持つ集束端であり他方の端面は各細管が平行に配置された平行端である、第1、第2なる二つの細管集合体と、
第1細管集合体の平行端と第2細管集合体の平行端とが所定の空間を挟んで対向するようにそれら二つの細管集合体を保持する保持部と、
を備えることを特徴としている。
【0012】
また上記課題を解決するために成された第2発明に係るX線集束装置は、
多数の束ねられた細管から成り、一方の端面は外方で一点又は点とみなし得る微小領域に焦点を持つ集束端であり、他方の端面は各細管が平行に配置された平行端である、第1、第2なる二つの細管集合体と、
第1細管集合体の平行端と第2細管集合体の平行端とが互いに離れるようにそれら二つの細管集合体を保持する保持部と、
第1細管集合体の平行端と第2細管集合体の平行端と間の空間にあって一方の細管集合体の平行端から出射したX線の進行方向を変えて他方の細管集合体の平行端に導く方向変換手段と、
を備えることを特徴としている。
【0013】
第1及び第2発明に係るX線集束装置において、「一方の端面は外方で一点又は点とみなし得る微小領域に焦点を持つ集束端であり、他方の端面は各細管が平行に配置された平行端である」細管集合体は、典型的には、上述した点/平行型のマルチキャピラリX線レンズである。
【発明の効果】
【0014】
第1発明に係るX線集束装置において、例えば第1細管集合体の集束端の焦点をX線源の位置に合わせると、X線源から放出されるX線は大きな立体角で以て第1細管集合体の各細管内に取り込まれ、各細管内部で全反射を繰り返しながら進行して平行端から出射する。このときの出射X線の広がり角は小さく平行線束に近い。したがって、第1細管集合体の平行端から出射したX線は両平行端間の空間を通り、その大部分が第2細管集合体の平行端から第2細管集合体の各細管内に取り込まれる。そして今度は、第2細管集合体の各細管内部で全反射を繰り返しながら進行して集束端から出射し、その集束端の焦点付近に重なって照射される。
【0015】
このように第1発明に係るX線集束装置によれば、入射端から出射端までの光路上で両端部にのみ高価な細管集合体が使用され、中央は単なる空間であるため、光路全体を細管集合体で構成する場合に比べて格段に安価なものとすることができる。また、両細管集合体の平行端の間の空間内でのX線の吸収や散乱を別にすれば、第1細管集合体の平行端から出射したX線のごく小さな広がり角に応じた、一部のX線の損失分だけX線が減衰するだけであるので、両平行端の離間距離を長くしても出射端(第2細管集合体の集束端)で実用上十分なX線強度を確保することができる。
【0016】
第2発明に係るX線集束装置においても、例えば第1細管集合体の集束端の焦点をX線源の位置に合わせると、X線源から放出されるX線は大きな立体角で以て第1細管集合体の各細管内に取り込まれ、各細管内部で全反射を繰り返しながら進行して平行端から出射する。このときの出射X線の広がり角は小さく平行線束に近い。このほぼ平行なX線束は両平行端間の空間を通る間に方向変換手段により進行方向が変えられ、そのX線束の大部分は方向変換後の進行方向前方に位置する第2細管集合体の平行端から第2細管集合体の各細管内に取り込まれる。そして今度は、第2細管集合体の各細管内部で全反射を繰り返しながら進行して集束端から出射し、その集束端の焦点付近に重なって照射される。
【0017】
即ち、第1発明に係るX線集束装置では第1及び第2細管集合体の平行端が互いに対向して配置される必要があったが、第2発明に係るX線集束装置では両平行端の間でX線束の進行方向が変えられるため、両平行端の位置関係をより自由に決めることができる。したがって、X線源やX線検出器、或いはX線分光器等を含むX線光学系の配置の自由度が高まる。
【0018】
第1及び第2発明に係るX線集束装置の一態様として、上記二つの細管集合体の平行端の間の空間にソーラースリットを介挿した構成とすることができる。
【0019】
この構成によれば、第1細管集合体の平行端から出射したX線の平行性をソーラスリットにより一層高めた上で第2細管集合体の平行端から入射させることができ、他の不所望の散乱X線などが第2細管集合体の各細管に入り込むことも防止することができる。
【0020】
また第1及び第2発明に係るX線集束装置の別の態様として、上記二つの細管集合体の平行端の間に、多数の束ねられた細管から成り、両端面はいずれも各細管が平行に配置された平行端である第3細管集合体を介挿した構成とすることができる。
【0021】
特にこの構成では、この第3細管集合体として湾曲状或いは屈曲状のものを用いることで上記方向変換手段とすることができる。後述のように方向変換手段として反射板を用いた場合には、第1及び第2細管集合体の平行端に対する反射板の設置角度等をかなり厳密に定める必要があるため高い組立精度が必要とされる。これに対し、第3細管集合体を用いた場合には、第1細管集合体の平行端と第3細管集合体の入射側平行端とを互いに平行に対向させ、第2細管集合体の平行端と第3細管集合体の出射側平行端とを互いに平行に対向させればよいので、組立等がより容易に行える。
【0022】
もちろん、第2発明に係るX線集束装置において上記方向変換手段はX線反射板である構成とすることもできる。この構成によれば、第3細管集合体を用いる場合に比べてコストを抑えることができる。
【0023】
なお、二つの細管集合体の平行端の間の空間に空気が存在するとそれだけX線の減衰が大きくなり、さらに空気中に塵埃等の微小な浮遊物があるとさらにX線の減衰の要因となる。そのため、二つの細管集合体の平行端の間の空間は真空雰囲気であることが望ましく、第1及び第2発明に係るX線集束装置では、二つの細管集合体の平行端の間の空間を真空雰囲気に維持する真空維持手段を備える構成とするとよい。
【0024】
例えば、上記保持部により二つの細管集合体の平行端の間の空間を密封可能とし、その保持部の内部空間を真空排気しておくことにより、真空維持手段の機能を保持部に持たせることができる。但し、このX線集束装置全体を真空室内部で使用するような用途においては、上記保持部は二つの細管集合体の平行端の間の空間を外部に開放する構造とし、真空室内の真空排気によって二つの細管集合体の平行端の間の空間も真空雰囲気となるようにすればよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【0025】
以下、本発明に係るX線集束装置の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【0026】
[実施例1]
図1は第1発明に係るX線集束装置の一実施例の概略構成図である。この実施例1のX線集束装置1では、一方の端部2a、3aが点焦点を有する集束端であり、他方の端部2b、3bが平行端である二本の点/平行型の第1、第2マルチキャピラリX線レンズ(本発明における細管集合体)2、3を用いる。この二本のマルチキャピラリX線レンズ2、3の平行端2b、3bの光軸(一本のキャピラリの光軸ではなくマルチキャピラリX線レンズ全体としての光軸)が一致するように平行端2b、3b同士を略平行に対向させ、且つ両者の間を所定距離tだけ離間して保持する筒状のハウジング(本発明における保持部)4を備える。このハウジング4はほぼ密閉されており、内部は適度な真空度まで真空排気される。これにより、ハウジング4内での空気や塵埃によるX線の吸収や散乱の影響を軽減することができる。
【0027】
例えば第1マルチキャピラリX線レンズ2の集束端2aの点焦点の位置F1にX線源を置くと、このX線源から放出されたX線は第1マルチキャピラリX線レンズ2の集束端2aに大きな立体角を以て取り込まれ、各キャピラリの内部を全反射しながら進行して平行線束に変換される。第1マルチキャピラリX線レンズ2の平行端2bから出射するX線束は上述したような理由により完全な平行線束ではないものの、キャピラリの壁面に対するX線の臨界角は非常に小さいため、出射して来るX線束は殆ど平行線束であるとみなせる。したがって、上述のように光軸を一致させることにより、第1マルチキャピラリX線レンズ2の平行端2bから出射したX線の殆どが第2マルチキャピラリX線レンズ3の平行端3bに到達して各キャピラリに取り込まれる。ハウジング4内部の真空領域を通過する際に上記拡散以外の要因でのX線の減衰は殆どない。したがって、第1マルチキャピラリX線レンズ2により集束されたX線のうちの大部分が第2マルチキャピラリX線レンズ3に送り込まれる。
【0028】
そして、X線は第2マルチキャピラリX線レンズ3の各キャピラリ内部で全反射を繰り返しながら進行し、その集束端3aから出射して点焦点F2付近に集中的に照射される。第1及び第2マルチキャピラリX線レンズ2、3はいずれも比較的短いため、これらマルチキャピラリX線レンズ2、3の各キャピラリ内を通過する際のX線の減衰は無視できる程度に小さい。結果として、第1マルチキャピラリX線レンズ2の集束端2aで大きな立体角で以て取り込まれたX線は大きく減衰することなく、第1マルチキャピラリX線レンズ2から離れた位置にある第2マルチキャピラリX線レンズ3の集束端3aから出てその点焦点F2付近に照射されることとなり、効率よくX線を離れた位置まで導くことができる。
【0029】
なお、上記実施例ではハウジング4を略密封構造としてその内部を真空状態にしたが、このX線集束装置全体が真空室内部に設置されることを前提とすれば、ハウジング4内部を真空にする必要はない。その場合には、ハウジング4を敢えて開放構造とし、このX線集束装置が配設された真空室が真空排気されるときに、第1、第2マルチキャピラリX線レンズ2、3間の空間も真空状態となるようにすればよい。
【0030】
また、上記実施例1では離間距離tが決まっていたが、例えばハウジング4を二重筒構造としてその重なり部分の長さを調整可能な構造とすることにより、離間距離tを所定範囲内で任意に調整できるようにしてもよい。
【0031】
[実施例2]
図2は第1発明に係るX線集束装置の他の実施例(実施例2)の概略構成図であり、実施例1で示した構成要素と同一のものについては同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【0032】
実施例2によるX線集束装置1では、ハウジング4の内部にソーラースリット5が設置してある。ソーラースリット5はステンレス等、X線を吸収する材料から成る薄板(スリット板)を所定間隔離して多数枚重ねた平行平板型構造であり、そのスリット開口が第1、第2マルチキャピラリX線レンズ2、3の平行端2b、3bの理想的な平行性と一致するように配置されている。この構成では、第1マルチキャピラリX線レンズ2の平行端2bから出射したX線束がソーラースリット5を通過する際に、平行でない成分はスリット板に吸収されるため、より平行性の高まったX線束が第2マルチキャピラリX線レンズ3の平行端3bに到達し、各キャピラリに取り込まれる。
【0033】
この場合、ソーラースリット5によりX線の一部は吸収されるため、X線強度は下がり分析感度の点では不利である。一方、平行でない散乱X線はソーラースリット5で除去されるため、目的とするX線束の純度が高まり、ノイズ等の影響を軽減できる。
【0034】
[実施例3]
図3は第2発明に係るX線集束装置の一実施例(実施例3)の概略構成図であり、実施例1で示した構成要素と同一のものについては同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【0035】
実施例3のX線集束装置1では、第1マルチキャピラリX線レンズ2の平行端2bと第2マルチキャピラリX線レンズ3の平行端3bとは直接対向しておらず、両者の光軸が斜交するように第1及び第2マルチキャピラリX線レンズ2、3はハウジング4により保持されている。そして、両平行端2b、3bの間の空間には、本発明における方向変換手段としてのX線反射板6が設置されている。
【0036】
この構成では、第1マルチキャピラリX線レンズ2の平行端2bから出射したほぼ平行なX線束はその進行方向前方に位置するX線反射板6に当たり、全反射することで進行方向が曲げられる。この反射によるX線の減衰は無視できる程度である。方向を変えたX線束はその進行方向前方に位置する第2マルチキャピラリX線レンズ3の平行端3bに到達し、各キャピラリに取り込まれる。したがって、実施例3のX線集束装置1によれば、入射側の点焦点F1と照射側の点焦点F2の位置関係を任意に決めることができる。
【0037】
[実施例4]
図4は第2発明に係るX線集束装置の一実施例(実施例4)の概略構成図であり、実施例1、3で示した構成要素と同一のものについては同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【0038】
実施例4のX線集束装置1では、実施例3のX線集束装置におけるX線反射板6に代えて、両端がともに平行端である第3マルチキャピラリX線レンズ7を設置してある。第3マルチキャピラリX線レンズ7の入射側の平行端7aは第1マルチキャピラリX線レンズ2の平行端2bと対向し、且つ両者の光軸はほぼ一致するように配置されている。また、第3マルチキャピラリX線レンズ7の出射側の平行端7bは第2マルチキャピラリX線レンズ3の平行端3bと対向し、且つ両者の光軸はほぼ一致するように配置されている。そして、第3マルチキャピラリX線レンズ7は適度に屈曲されている。
【0039】
実施例4のX線集束装置1では、第3マルチキャピラリX線レンズ7の入射側平行端7aから各キャピラリに取り込まれたX線が図7(b)に示したように全反射を繰り返す過程で徐々に進行方向を変える。このように実施例3とはX線の進行方向の変換方法は異なるものの、実施例3と同様に、入射側の点焦点F1と照射側の点焦点F2の位置関係を任意に決めることができる。
【0040】
[応用例]
図5は実施例1で示したX線集束装置の応用例であるX線検査装置の概略構成図である。X線源12と製造ライン10上を移動する検査対象物11との間には入射側のX線集束装置1Aが、検査対象物11とX線検出器13との間には出射側のX線集束装置1Bが設置されている。即ち、X線源12から出射した一次X線は入射側X線集束装置1Aにより検査対象物11に効率良く照射される。これに応じて検査対象物11から放出された二次X線は出射側X線集束装置1BによりX線検出器13まで効率良く案内される。これによって、X線源12及びX線検出器13を検査対象物11に近接した位置に配置する必要がなくなる。もちろん、実施例3、4のX線集束装置を用いれば、検査対象物11に対するX線源12及びX線検出器13の位置の自由度を一層高めることができる。
【0041】
なお、上記実施例は本発明の一例であるから、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正又は追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明の一実施例(実施例1)であるX線集束装置の概略構成図。
【図2】本発明の他の実施例(実施例2)であるX線集束装置の概略構成図。
【図3】本発明の他の実施例(実施例3)であるX線集束装置の概略構成図。
【図4】本発明の他の実施例(実施例4)であるX線集束装置の概略構成図。
【図5】実施例1によるX線集束装置を使用したX線検査装置の概略構成図。
【図6】従来知られているマルチキャピラリX線レンズの概略構成図。
【図7】マルチキャピラリX線レンズにおいて1本のキャピラリ内のX線の通過状態を示す模式図。
【符号の説明】
【0043】
1、1A、1B…X線集束装置
F1、F2…点焦点
10…製造ライン
11…検査対象物
12…X線源
13…X線検出器
2、3…マルチキャピラリX線レンズ
2a、3a…集束端
2b、3b…平行端
4…ハウジング
5…ソーラースリット
6…X線反射板
7…第3マルチキャピラリX線レンズ
7a…入射側平行端
7b…出射側平行端

【特許請求の範囲】
【請求項1】
多数の束ねられた細管から成り、一方の端面は外方で一点又は点とみなし得る微小領域に焦点を持つ集束端であり他方の端面は各細管が平行に配置された平行端である、第1、第2なる二つの細管集合体と、
第1細管集合体の平行端と第2細管集合体の平行端とが所定の空間を挟んで対向するようにそれら二つの細管集合体を保持する保持部と、
を備えることを特徴とするX線集束装置。
【請求項2】
多数の束ねられた細管から成り、一方の端面は外方で一点又は点とみなし得る微小領域に焦点を持つ集束端であり、他方の端面は各細管が平行に配置された平行端である、第1、第2なる二つの細管集合体と、
第1細管集合体の平行端と第2細管集合体の平行端とが互いに離れるようにそれら二つの細管集合体を保持する保持部と、
第1細管集合体の平行端と第2細管集合体の平行端と間の空間にあって一方の細管集合体の平行端から出射したX線の進行方向を変えて他方の細管集合体の平行端に導く方向変換手段と、
を備えることを特徴とするX線集束装置。
【請求項3】
前記二つの細管集合体の平行端の間の空間にソーラースリットを介挿したことを特徴とする請求項1又は2に記載のX線集束装置。
【請求項4】
前記二つの細管集合体の平行端の間に、多数の束ねられた細管から成り、両端面はいずれも各細管が平行に配置された平行端である第3細管集合体を介挿したことを特徴とする請求項1又は2に記載のX線集束装置。
【請求項5】
前記方向変換手段はX線反射板であることを特徴とする請求項2に記載のX線集束装置。
【請求項6】
前記二つの細管集合体の平行端の間の空間を真空雰囲気に維持する真空維持手段を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のX線集束装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2006−337121(P2006−337121A)
【公開日】平成18年12月14日(2006.12.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−160787(P2005−160787)
【出願日】平成17年6月1日(2005.6.1)
【出願人】(000001993)株式会社島津製作所 (3,708)
【Fターム(参考)】